WO2007083460A1

WO2007083460A1 - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: WO2007083460A1
Application number: PCT/JP2006/324666
Authority: WO
Inventors: Yuji Tanaka; Naoki Oka
Original assignee: Toray Industries, Inc.
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2007-07-26
Also published as: EP1974800A1; AU2006335824A1; KR20080085881A; TW200734035A; CN101351262A; US20070163942A1; EP1974800A4; CA2646225A1; JPWO2007083460A1

Abstract

　上端と下端に開口を有する筒状容器と、前記筒状容器内において上下方向に位置する多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜の上端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部が開口した状態で前記中空糸膜を固定する中空糸膜固定部材と、前記中空糸膜の下端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部を閉塞する中空糸膜閉塞部材とからなり、前記中空糸膜固定部材が、前記筒状容器の上端の開口を塞ぐ状態で、該筒状容器に固定された中空糸膜モジュールにおいて、前記筒状容器の周壁の少なくとも一部が、多孔部材からなり、かつ、前記筒状容器の下側部分における周壁の平均開孔率が２５％以下である中空糸膜モジュール。

Description

明細書

中空糸膜モジュール

技術分野

[0001] 本発明は、原水の入った処理水槽内に浸漬させ、原水を濾過処理する中空糸膜モジュール、すなわち、浸漬型中空糸膜モジュールに関する。更に詳しくは、長期間に亘り、中空糸膜の濾過性能が低下せず、かつ、中空糸膜洗浄用のエアの流量を減らしてランニングコストを低減させることができる浸漬型中空糸膜モジュールに関する。背景技術

[0002] 一般に、浸漬型中空糸膜モジュールは、処理水槽内に中空糸膜モジュールを配置して、処理水槽内の懸濁物質を含む原水を中空糸膜を通して吸引濾過し、透過水を得るために使用されている。

[0003] 中空糸膜モジュールは、一般に、一定時間の濾過工程が終了すると中空糸膜モジユールの下方力中空糸膜モジュール内に圧縮エアを送り込み、中空糸膜を揺らして中空糸膜表面に付着している懸濁物質等を洗浄するエアスクラビング工程に供される。エアスクラビングにより中空糸膜表面力剥離した懸濁物質は、速やかに中空糸膜モジュール外に排出されることが好ましぐ例えば、特許文献 1に開示されているように、懸濁物質が堆積し易、中空糸膜上下端部にお、て中空糸膜が露出して、ると好都合である。

[0004] 更に、特許文献 2に開示されているように、中空糸膜全体を通水可能な筒状容器で覆うと、筒状容器の筒周面の全面力原水が供給できるのみならず、ェアスクラビング時において、懸濁物質が筒状容器の筒周面の全面から流出可能となり、懸濁物質の排出性が更に向上して好都合である。

[0005] しかし、特許文献 1に記載の中空糸膜モジュールの構造では、エアスクラビング時に、中空糸膜モジュールの下方力供給された圧縮エアが中空糸膜下端部の中空糸膜が露出している箇所力中空糸膜モジュール外へ流出し易ぐ上方の中空糸膜を十分に揺らすことができず、その結果、中空糸膜表面の懸濁物質も十分に洗浄できないという問題があった。 [0006] また、同様に、特許文献 2に記載の中空糸膜モジュールの構造でも、中空糸膜モジユールの下方力供給された圧縮エアが通水可能な筒状容器の下方部分力中空糸膜モジュール外へ流出し易ぐ上方の中空糸膜を十分に揺らすことができないという問題があった。その結果、上方の中空糸膜まで揺らすには供給する圧縮エアの量を増やす必要があり、ランニングコストの増加につながった。

[0007] このように、従来の中空糸膜モジュールの構造では、懸濁物質の排出性の向上と中空糸膜の洗浄性の向上を両立させることは困難であった。

特許文献 1：特開 2002— 346344号公報

特許文献 2：特開 2005— 230813号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 本発明は、中空糸膜の洗浄時に懸濁物質が中空糸膜外表面より剥離し易ぐかつ、剥離した懸濁物質が中空糸膜モジュール外に排出され易い中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009] 前記目的を達成するための本発明の中空糸膜モジュールは、次の通りである。

[0010] 上端と下端に開口を有する筒状容器と、前記筒状容器内において上下方向に位置する多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜の上端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部が開口した状態で前記中空糸膜を固定する中空糸膜固定部材 (接着部 A)と、前記中空糸膜の下端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部を閉塞する中空糸膜閉塞部材 (接着部 B)とからなり、前記中空糸膜固定部材 (接着部 A)が、前記筒状容器の上端の開口を塞ぐ状態で、該筒状容器に固定された中空糸膜モジュールにおいて、前記筒状容器の周壁の少なくとも一部が、多孔部材からなり、かつ、前記筒状容器の下側部分における周壁の平均開孔率が 25%以下である中空糸膜モジユーノレ。

[0011] 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記筒状容器の上側部分における周壁の平均開孔率が、下側部分における周壁の平均開孔率よりも大きいことが、好ましい [0012] 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記多数本の中空糸膜が、それぞれが複数本の中空糸膜からなる複数個の小束に分割され、前記中空糸膜閉塞部材 (接着部 B)が、前記小束における各中空糸膜の中空部を閉塞するとともに各中空糸膜を束ね一体として固定する各小束毎に互いに間隔を有して独立して設けられた小束固定部材力なること力好ましい。

[0013] 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記小束の数が、 3乃至 50であり、前記小束を形成する中空糸膜の本数力 50乃至 2000であることが、好ましい。

[0014] 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記筒状容器の直径が 50乃至 400mm 、長さが 500乃至 3000mmであること力好ましい。

[0015] 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記小束固定部材が、その表面に、乱流発生部材を有することが、好ましい。

[0016] 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記各小束固定部材を区画する小束間仕切り部材力前記各小束固定部材間に設けられていることが、好ましい。

[0017] 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記小束を形成する中空糸膜に沿って、少なくとも 1本の吊り下げ線状体が設けられ、前記吊り下げ線状体の一端は、前記中空糸膜固定部材に固定され、他端は、前記小束固定部材に固定され、前記各小束において、前記吊り下げ線状体の中空糸膜の濾過領域における長さが、前記複数本の中空糸膜の濾過領域における長さの内、最も短い長さよりも短いことが、好ましい。

発明の効果

[0018] 本発明の中空糸膜モジュールによれば、中空糸膜モジュールの下方力供給されたエアスクラビング用の圧縮エアが、中空糸膜の洗浄に有効に使用され、また、中空糸膜モジュール上部と下端の両方力懸濁物質が効率的に排出される。従って、長期に亘り中空糸膜の濾過性能が低下せず、中空糸膜モジュールを長期に亘り使用することができる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]図 1は、本発明の中空糸膜モジュールの一例の概略縦断面図である。

[図 2]図 2は、図 1に示す中空糸膜モジュールの筒状容器の周壁の展開図である。 [図 3]図 3は、図 2に示す周壁の一部の拡大図である。

[図 4]図 4は、本発明の中空糸膜モジュールの別の例の概略縦断面図である。

[図 5]図 5は、本発明の中空糸膜モジュールの更に別の例の概略縦断面図である。

[図 6]図 6は、図 5に示す中空糸膜モジュールの筒状容器の周壁の展開図である。

[図 7]図 7は、本発明の中空糸膜モジュールの更に別の例の概略縦断面図である。

[図 8]図 8は、図 1に示す中空糸膜モジュールの小束固定部材の一例の斜視図である。

[図 9]図 9は、図 8に示す小束固定部材の別の例の斜視図である。

[図 10]図 10は、図 8に示す小束固定部材の更に別の例の斜視図である

[図 11]図 11は、本発明の中空糸膜モジュールの更に別の例の下方部分の概略縦断面図である。

[図 12]図 12は、図 11に示す中空糸膜モジュールの小束間仕切り部材の平面図である。

[図 13]図 13は、本発明の中空糸膜モジュールの更に別の例の概略縦断面図である

[図 14]図 14は、従来の中空糸膜モジュールの概略縦断面図である。

符号の説明

1：中空糸膜モジュール

2 :中空糸膜

2a :中空糸膜の中空部

3 :筒状谷器

3a :筒状容器の上部の開口

3b :筒状容器の下部の開口

3c :多孔部材

4a :中空糸膜固定部材 (接着部 A)

4aFl :中空糸膜の中空部が開口している面

4b :中空糸膜閉塞部材 (接着部 B)

4bc：小束固定部材間の間隙 4bi:小束固定部材

4bj:小束固定部材

4bk:小束固定部材

4bm:容器

4bt:乱流発生部材

4bs:小束間仕切り部材

5:集水キャップ

6:濾過水出口

7:エア導入筒

8:小束

9:開孔部分

10:線材部分

17:下キャップ

17a:エア流入口

17b:空気散気板

41:中空糸膜モジュール

43:筒状容器

49:開孔部分

51:中空糸膜モジュール筒状容¾：

59:開孔部分

71:中空糸膜モジュール 73:筒状容器

77:下キャップ

77a:エア導入口

111:中空糸膜モジュール 131:中空糸膜モジュール 132:中空糸膜 132b:吊り下げ線状体

134a:中空糸膜固定部材

134bi:小束固定部材

141：中空糸膜モジユーノレ

142:中空糸膜

143:筒状容器

143a:筒状容器の上部の開口

143b:筒状容器の下部の開口

144a:中空糸膜固定部材

144b:中空糸膜閉塞部材

144bi:小束固定部材

144bc：小束固定部材間の間隙

145:集水キャップ

146:濾過水出口

147:エア導入筒

148:小束

149:開孔部分

A：筒状容器の上側部分

B:筒状容器の下側部分

発明を実施するための最良の形態

[0021] 本発明の中空糸膜モジュールを、上水を製造するために用いた場合を例にとって、図面を参照しながら以下に説明する。

[0022] 図 1は、本発明の中空糸膜モジュールの一例の概略縦断面図である。図 1において、本発明の中空糸膜モジュール 1は、上端に開口 3aと下端に開口 3bを有する筒状容器 3と、筒状容器 3内におヽて上下方向に位置する多数本の中空糸膜 2からなる中空糸膜束と、中空糸膜 2の上端部に設けられ、中空糸膜 2の中空部 2aが開口した状態で中空糸膜 2を固定する中空糸膜固定部材 (接着部 A) 4aと、中空糸膜 2の下端部に設けられ、中空糸膜 2の中空部 2aを閉塞する中空糸膜閉塞部材 (接着部 B ) 4bとからなり、中空糸膜固定部材 4aが、筒状容器 3の上端の開口 3aを塞ぐ状態で、筒状容器 3に固定されている。

[0023] 本発明の中空糸膜モジュール 1は、筒状容器 3の周壁の少なくとも一部が、多孔部材 3cからなり、かつ、筒状容器 3の下側部分における周壁の平均開孔率が 25%以下とされている。

[0024] 図 1に示す本発明の中空糸膜モジュール 1においては、多数本の中空糸膜 2は、それぞれが複数本の中空糸膜 2からなる複数個の小束 8に分割されている。各小束 8 毎に、小束 8における各中空糸膜 2の下端部の中空部を閉塞するとともに各中空糸膜 2を束ね一体として固定する小束固定部材 4biが設けられている。各小束固定部材 4biは、それぞれの間に間隙 4bcを有して、互いに独立して位置している。すなわち、各小束固定部材 4biは、中空糸膜固定部材 4aから垂下する各小束 8の下端部に、それぞれが独立した状態で設けられ、それぞれの位置が、間隙 4bを通過する流体 (原液あるいはエアスクラビング用のエア）により、変動可能とされている。

[0025] 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜の下端部の中空部を閉塞する中空糸膜閉塞部材は、図 1の中空糸膜モジュール 1の中空糸膜閉塞部材 4bのように、間隔を有して独立した複数個の小束固定部材 4biから形成されて、ることが好ましい。

[0026] しかし、中空糸膜閉塞部材は、一枚の端板で形成されていても良い。中空糸膜閉塞部材がー枚の端板で形成される場合は、端板は、筒状容器 3の下端の開口 3bを塞ぐ状態で、筒状容器 3に固定され、かつ、端板には、中空糸膜 2の中空部の下端部が閉塞されている部分を避けて、筒状容器 3の内外に連通する複数本の流体流路力端板の面において可能な限り均一な配置をもって、設けられていることが好ましい。

[0027] また、小束固定部材 4biや上記端板を用いること無ぐ各中空糸膜の下端部の中空部に閉塞材を注入し閉塞するか、あるいは、各中空糸膜の下端部を圧滅することにより閉塞し、各中空糸膜が、中空糸膜固定部材 4aから、単に、垂下する状態としても良い。この場合、中空糸膜閉塞部材は、各中空糸膜の下端部の中空部の閉塞により形成される。 [0028] 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜の濾過領域は、中空糸膜の外表面に接する原液が中空糸膜により濾過され中空糸膜の中空部に濾過水として流入可能な膜面領域を云う。

[0029] 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜束は、数百本乃至数万本の中空糸膜からなることが好まし、。

[0030] 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜束が複数個の小束に分割される小束方式が用いられる場合、各小束を形成する中空糸膜の本数は、数十本乃至数千本であることが好ま、。

[0031] 各小束固定部材 (接着部 B)の形状は、円柱形、球形、円錐形や角錐形など任意である。図 1の小束固定部材 (接着部 B) 4biは、円柱体力もなる。

[0032] 中空糸膜束の多数本の中空糸膜の小束への分割数や一つの小束を形成する中空糸膜の本数は、筒状容器の直径や長さ、更には、中空糸膜の直径などに応じて、意図する効果が得られるように、選択すればよい。

[0033] 例えば、筒状容器 3の直径が、 50乃至 400mm、長さが、 500乃至 3000mm程度、中空糸膜 2の直径が、 0. 5乃至 2mm程度の中空糸膜モジュールであれば、小束 8 の数は、 3乃至 1000個程度が好ましぐ 3乃至 50個が更に好ましい。小束 8の数が少ないと、懸濁物質の排出性が悪くなり、逆に多くなるほど懸濁物質の排出性は良くなるが、中空糸膜モジュール 1の製造が煩雑になる。

[0034] 一つの小束 8を形成する中空糸膜 2の本数は、 50乃至 2000本力 S好ましい。一つの小束 8を形成する中空糸膜 2の本数が少なくなると、小束 8の数が増えて、前述のように、中空糸膜モジュール 1の製造が煩雑になり、逆に一つの小束 8を形成する中空糸膜 2の本数が多くなりすぎると、中空糸膜 2間に懸濁物質が堆積し易くなる。

[0035] 本発明の中空糸膜モジュールにおける中空糸膜の素材は、特に限定されない。中空糸膜の素材として、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロ-トリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンビュルアルコール共重合体、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビ-リデン、エチレンーテトラフルォロエチレン共重合体、ポリテトラフルォロエチレンなどや、これらの複合素材がある。 [0036] 本発明の中空糸膜モジュールにおける中空糸膜の外径は、 0. 3乃至 3mmであることが好ましい。中空糸膜の外径が小さすぎると、中空糸膜モジュールを製作する際の中空糸膜取り扱い時や、中空糸膜モジュールを使用する際の濾過、洗浄時などに、中空糸膜が折れて損傷するなどの問題が生じ易い。逆に外径が大きすぎると、同じサイズの筒状容器内に挿入できる中空糸膜の本数が減って、濾過面積が減少するなどの問題が生じる。また、中空糸膜の膜厚は、 0. 1乃至 lmmあることが好ましい。膜厚が小さすぎると、圧力で膜が折れるなどの問題が生じ、逆に膜厚が大きいと、圧損や原料代の増加につながるなどの問題が生じる。

[0037] 中空糸膜固定部材 (接着部 A) 4aは、通常、榭脂から形成される。流動性の榭脂を多数本の中空糸膜の間に流入せしめ、その後榭脂を固化させることにより、中空糸膜を固定し、次いで端部を切断することにより、各中空糸膜の中空部が開口した状態とし、中空糸膜固定部材 (接着部 A) 4aを形成する。この形成作業は、一般に、ポッテイングと呼称され、広く知られている。

[0038] 中空糸膜閉塞部材 (接着部 B) 4bあるいは小束固定部材 (接着部 B) 4biも、通常、榭脂から形成される。流動性の榭脂を中空糸膜の中空部に所望の量進入させ、中空部を閉塞させる。端板方式の場合は、同じ樹脂で中空糸膜を固定するとともに端板を形成する。また、小束方式の場合は、同じ樹脂で中空糸膜を固定するとともに小束固定部材を形成する。

[0039] これら、中空糸膜固定部材、中空糸膜閉塞部材、および、小束固定部材を形成する榭脂としては、汎用品で安価であり、水質への影響も小さいエポキシ榭脂、ウレタン榭脂、エポキシアタリレート榭脂などが好ましく用いられる。

[0040] 本発明の中空糸膜モジュールは、筒状容器の上部に集水キャップが、下部にエア導入筒が取り付けられて、原水の濾過に用いられる。すなわち、中空糸膜モジュール 1にお、て、中空糸膜固定部材 4aの中空糸膜 2の中空部 2aが開口して、る面 4aFl に対し、中空糸膜 2の中空部 2aの開口力も流出する濾過水を集水する集水キャップ 5が、筒状容器 3に取り付けられる。集水キャップ 5は、集水された濾過水を外部に導出するための濾過水出口 6を有する。筒状容器 3の下端の開口 3bの周囲には、エアスクラビング用のエアを筒状容器 3内に導入するためのエア導入筒 7が設けられる。 [0041] 筒状容器 3、集水キャップ 5、および、エア導入筒 7は、通常、榭脂から形成される。これらを形成する榭脂としては、例えば、ポリエチレン榭脂、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフイン系榭脂や、ポリテトラフルォロエチレン（PTFE)、パーフルォロアルコキシ（PFA)、四フッ化工チレン'六フッ化プロピレン（FEP)、エチレン'四フッ化工チレン（ETFE)、三フッ化塩化エチレン（PCTFE)、エチレン '三フッ化塩化工チレン（ECTFE)、フッ化ビ-リデン（PVDF)等のフッ素系榭脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩ィ匕ビ-リデン等の塩素系榭脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン榭脂、ポリアリルスルホン榭脂、ポリフエ-ルエーテル榭脂、アクリロニトリル—ブタジエン—スチレン共重合体榭脂 (ABS)、アクリロニトリル-スチレン共重合体榭脂、ポリフエ-レンサルファイド榭脂、ポリアミド榭脂、ポリカーボネート榭脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などが単独または混合して用いられる。

[0042] 筒状容器 3、集水キャップ 5、および、エア導入筒 7は、榭脂以外の材料で形成されても良い。その場合の材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼などが好ましく用いられる。更に、榭脂と金属の複合体や、ガラス繊維強化榭脂、炭素繊維強化榭脂などの複合材料を使用することもできる。なお、筒状容器 3、集水キャップ 5、および、エア導入筒 7は、同一の材料でもそれぞれ異なる材料で形成されて、ても力まわな!、。

[0043] 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、筒状容器の周壁の少なくとも一部が、多孔部材力もなり、かつ、筒状容器の下側部分における周壁の平均開孔率が 25%以下とされている。この一例を、図 1および図 2を用いて説明する。

[0044] 図 2は、図 1における筒状容器 3の周壁の展開図である。図 1および 2において、本発明の中空糸膜モジュール iの筒状容器 ₃の周壁の少なくとも一部は、メッシュ状の開孔を有する多孔部材 3cからなり、かつ、筒状容器 3の下側部分における周壁の平均開孔率が 25%以下とされている。筒状容器 3の下側部分における周壁とは、筒状容器 3の長手方向（図 2の矢印 E方向）における略中央位置（図 2の矢印 Fで示す位置)よりも、中空糸膜閉塞部材 4b (小束固定部材 4bi)側の部分（図 2の破線で囲んだ領域 B)の周壁を云う。

[0045] 図 3は、筒状容器 3の周壁の部分拡大図である。図 3において、周壁は、開孔部分 9と線材部分 10とに区分される。図 2の周壁の展開図において、領域 Bの投影面積を X、図 3の各開孔部分 9の投影面積の総和を Yとすると、下側部分 (領域 Β)における周壁の平均開孔率は、式 ΥΖΧΧ 100 (%)により算出される。

[0046] 筒状容器 3の上側部分における周壁とは、筒状容器 3の長手方向（図 2の矢印 Ε方向）における略中央位置（図 2の矢印 Fで示す位置)よりも、中空糸膜固定部材 4a側の部分 (図 2の領域 A)の周壁を云う。上側部分 (領域 A)における周壁の平均開孔率も同様にして、上記式により算出される。

[0047] 筒状容器 3の周壁の開孔部分 9の分布 (各開孔部分 9の位置と開孔面積の分布)は、均一な分布でも、筒状容器の長手方向（上下方向）において不均一な分布であつても良い。周方向に不均一な分布は、原水やエアの不均一な流動をもたらすので、好ましくない。下側部分 (領域 B)の内の少なくとも一部分は、全く開孔を有しない板状形態であっても良い。

[0048] 上側部分 (領域の平均開孔率は、下側部分 (領域 B)の平均開孔率よりも大き!/ヽことが好ましい。例えば、上側部分 (領域 A)の平均開孔率は、 30乃至 70%であることが好ましぐ上側部分 (領域 A)と下側部分 (領域 B)との平均開孔率の差は、 10% 以上であることが好ましい。

[0049] 上記したような平均開孔率を有する周壁を有する筒状容器は、例えば、所定の平均開孔率を有する異なる多孔部材を上半分と下半分とにそれぞれ配置することにより用意することが出来る。また、上半分における平均開孔率を下半分における平均開孔率よりも高くした筒状容器は、例えば、所定の平均開孔率を有する多孔部材で筒状容器の全体の周壁を形成した後、下半分に同じあるいは異なる平均開口率を有する多孔部材を重ねることにより用意することが出来る。

[0050] 筒状容器の周壁に設置する多孔部材としては、メッシュ状、ネット状、パンチングメタル状のような多孔を有する板状部材を用いることが出来る。例えば、榭脂により成型された多孔を有する板状部材ゃ筒状部材、金属線から構成される金属網、パンチングメタル板等がある。なかでも、安価であり、水質への影響も小さい、多孔を有する榭脂成型部材を用いることが好まし、。

[0051] 次に、図 1の本発明の中空糸膜モジュール 1による原水の処理について説明する。

[0052] まず、中空糸膜モジュール 1を、その高さよりも大きな水深がある水槽（図示しない）内に、その集水キャップ 5側を上にして浸漬させる。水槽内には懸濁物質を含む原水が入れられている。中空糸膜モジュール 1の集水キャップ 5の濾過水出口 6側からポンプなどで吸引すると、水槽内の懸濁物質を含む原水が、筒状容器 3の周壁の開孔部分 9やエア導入筒 7を通じて中空糸膜モジュール 1内に取り込まれ、中空糸膜束 2 を通過して濾過された後、濾過水が集水キャップ 5から濾過水出口 6を通り、集水管（図示せず）に送られる。この濾過に伴い、原水中の懸濁物質が、中空糸膜 2の外表面に付着する。また、濾過水側を吸引することにより、原水を濾過して水槽外に取り出すと、水槽の水位が低下するため、必要に応じて水槽内に原水を供給する。

[0053] 一定時間の濾過工程が終了すると、今度は、濾過水または圧縮エアを集水キヤップ 5側から原水側へ流す逆洗や、中空糸膜モジュール 1下方に設置したエア配管（図示せず)から、中空糸膜モジュール 1の下部のエア導入筒 7を通じて、圧縮エアを中空糸膜モジュール 1内に供給し、中空糸膜モジュール 1内に蓄積した懸濁物質を系外に排出するエアスクラビングを行う。

[0054] 逆洗では、濾過水または圧縮エアが中空糸膜 2の内部力外部に向力つて流れるため、中空糸膜 2の外表面に付着していた懸濁物質が中空糸膜 2の外表面力も剥離する。或いは剥離し易い状態となる。そして、次のエアスクラビングで、微小な懸濁物質は、筒状容器 3の周壁の開孔部分 9やエア導入筒 7を通って中空糸膜モジュール 1の系外に排出され、水槽内を浮遊した後、ある程度時間が経つと水槽の底面方向へと落下していく。

[0055] このとき、中空糸膜モジュール 1では、小束固定部材 (接着部 B) 4biが筒状容器 3 に固定されて!、な!、ため、エアスクラビングによって中空糸膜 2が小束固定部材 (接着部 B) 4biと共に揺動する。この揺動により、中空糸膜 2の外表面に付着した懸濁物質の剥離が行われる。更に、懸濁物質を中空糸膜モジュール 1の下方力排出する際も、懸濁物質を含む水が、自由に動く複数の小束固定部材 (接着部 B) 4biの間隙 4bcを通って排出されるため、中空糸膜モジュール 1内には懸濁物質がほとんど残留せず、濾過性能低下が阻止される。なお、水槽内の原水が定期的に排水される時に、水槽底面に堆積している懸濁物質も水槽外に放出される。これらの工程を繰り返しながら長時間に亘り原水の濾過処理が継続される。 [0056] 次に、中空糸膜モジュール内におけるエアスクラビング時のエアの流れについて、従来の中空糸膜モジュールの場合と本発明の中空糸膜モジュールの場合とを比較しながら説明する。

[0057] 図 14は、従来の中空糸膜モジュールの概略縦断面図である。図 14において、中空糸膜モジュール 141は、周壁に開孔部分 149が設けられた筒状容器 143と、筒状容器 143内に収納された多数本の中空糸膜 142からなる中空糸膜束とを有する。筒状容器 143は、上下端に開口 143a、 143bを有する。中空糸膜 142の上端部は、中空糸膜固定部材 144aにより、中空糸膜 142の中空部が開口した状態で固定され、中空糸膜固定部材 144aは、筒状容器 143の上端部に液密に固定されている。

[0058] 中空糸膜 142の下端部は、複数の小束 148に分割されている。各小束 148は、複数本の中空糸膜 142からなる。各小束 148における各中空糸膜 142は、小束固定部材 144biにより、固定されるとともに、各中空糸膜 142の端面が閉塞されている。小束固定部材 144biは、筒状容器 143には固定されていない。中空糸膜 142の中空糸膜固定部材 144aの下面と小束固定部材 144biの上面との間の膜面領域力濾過領域となる。筒状容器 143の周壁には、全面に亘り均一な分布で、開孔部分 149が設けられている。筒状容器 143の周壁の平均開孔率は、約 30%である。

[0059] 図 14において、中空糸膜モジュール 141の下方に設置された図示しないエア配管力も供給された圧縮エアが、矢印 Gの方向力もエア導入筒 147を通じて、中空糸膜モジュール 141内に取り込まれる。取り込まれたエアのうちの大部分は、矢印 Hに示すように、中空糸膜モジュール 141の下方の筒状容器 143の周壁の開孔部分 149から中空糸膜モジュール 141外に流出する。

[0060] このため、中空糸膜モジュール 141の下方に位置する中空糸膜 142の部分は圧縮エアによって揺れて、外表面の懸濁物質が剥離され易いが、中空糸膜モジュール 14 1の上方に位置する中空糸膜 142の部分は圧縮エアが少量し力供給されないため十分に揺れない。供給する圧縮エアの量を増やせば、上方に位置する中空糸膜 14 2の部分においても、外表面の懸濁物質を剥離できる程度に揺らすことができる。しかし、この手法は、水処理のランニングコストの増加を招く。

[0061] 一方、図 1に示される中空糸膜モジュール 1の下方の位置における筒状容器 3の周壁の開孔率は 25%以下と小さいため、図 1に示すように、矢印 Cの方向力もエア導入筒 7を通じて中空糸膜モジュール 1内に取り込まれた圧縮エアは、中空糸膜モジユール 1の下方の位置における筒状容器 3の周壁の開孔部分 9 (図 3)からはほとんど流出せず、中空糸膜 2を全長に亘つて十分に揺らすことができ、エアは中空糸膜モジュール 1の上方にまで達し、上方の開孔部分 9 (図 3)力矢印 Dのように流出する。

[0062] このため、図 1に示される中空糸膜モジュール 1の方が、図 14に示される中空糸膜モジュール 141よりも、圧縮エアが有効に利用でき、ランニングコストが低減できる。また、懸濁物質も圧縮エアと同様に中空糸膜モジュール 1の下方の位置における筒状容器 3の開孔部分 9 (図 3)からはほとんど流出しない。なお、前述のように、懸濁物質は自由に動く複数の小束固定部材 4biの間隙 4bcを通ってエア導入筒 7から中空糸膜モジュール 1の下方へと排出されるため問題はない。

[0063] 更に、図 1に示される中空糸膜モジュール 1において、図 2に示されるように、筒状容器 3の周壁の上側部分 (領域 A)における平均開孔率を、周壁の下側部分 (領域 B )における平均開孔率よりも大きくすることが好ましい。この態様によって、ェアスタラビング時に中空糸膜 2の外表面力剥離された懸濁物質力圧縮エアによって生じる中空糸膜モジュール 1内の下方から上方への水の流れとともに、中空糸膜モジュール 1上方における筒状容器 3の周壁の平均開孔率が大きな箇所力中空糸膜モジュール 1外へと排出される。

[0064] 本発明の中空糸膜モジュールの他の実施形態として、モジュールにおける筒状容器の形態が、筒状容器の周壁における開孔部分の投影面積が、筒状容器の下方から上方に向力つて、連続的または段階的に大きくなつていくような形態（図示しない）でも良い。

[0065] 図 4は、本発明の中空糸膜モジュールの更に他の実施形態の概略縦断面図である。図 4のモジュール 41と図 1のモジュール 1との相違は、図 4のモジュール 41の筒状容器 43の開孔部分 49が、筒状容器 43の下側部分 (領域 B)には全く設けられていない形態（平均開孔率が 0%)である点にある。他の点においては、図 4の中空糸膜モジュール 41は、図 1の中空糸膜モジュール 1と同じ構造を有するので、同じ部品には、同じ符号が付けられている。 [0066] 図 5は、本発明の中空糸膜モジュールの更に他の実施形態の概略縦断面図である。図 5のモジュール 51と図 4のモジュール 41との相違は、図 5のモジュール 51の筒状容器 53の開孔部分 59が、筒状容器 53の上側部分 (領域 A)において、一部のみに設けられている点である。他の点においては、図 5の中空糸膜モジュール 51は、図 1 の中空糸膜モジュール 1と同じ構造を有するので、同じ部品には、同じ符号が付けられている。

[0067] 図 5に示されるモジュール 51の筒状容器 53の周壁の展開図力図 6に示される。この場合、モジュール 51の下方力も供給された圧縮エアの出口は、筒状容器 53の周壁の上側部分における一部のみに設けられた開孔部分 59だけであるため、圧縮ェァにより中空糸膜 2が効率良く揺らされる。その反面、筒状容器 53の周壁を通じて排出される懸濁物質は減少する。

[0068] 図 3や図 6に示した開孔部分 9、 59の形状は、四角形であるが、開孔部分の形状としては、三角形、五角形、六角形などの多角形や、円形、楕円形、星形などを用いることも出来る。これら複数の形状が混在していても良い。

[0069] 図 7は、本発明の中空糸膜モジュールの更に他の実施形態の概略縦断面図である。図 7のモジュール 71と図 1のモジュール 1との相違は、図 7のモジュール 71の筒状容器 73の下端部に、図 1のエア導入筒 7の代わりに、エア導入口 77aを有する下キヤップ 77が備えられている点である。他の点においては、図 7のモジュール 71は、図 1 の中空糸膜モジュール 1と同じ構造を有するので、同じ部品には、同じ符号が付けられている。

[0070] 図 8は、図 1に示される本発明の中空糸膜モジュール 1における小束固定部材 4bi の拡大斜視図である。図 8において、小束固定部材 4biは、榭脂で形成された円柱体力もなる。小束固定部材 4biにおいて、複数本の中空糸膜 2からなる小束 8が、榭脂により固定され、かつ、各中空糸膜の下端部の中空部は、中空部に進入した榭脂により閉塞されている。

[0071] 図 9は、図 8に示される小束固定部材 4biの別の態様の斜視図である。図 9において、小束固定部材 4bjは、円柱体力もなる。小束固定部材 4bjは、容器 4bmとその内側に充填された榭脂とからなり、榭脂により、小束 8を形成する複数本の中空糸膜 2 力集束され、かつ、それらの端部の中空部が閉塞されている。小束固定部材 4bjは、容器 4bm内に、複数本の中空糸膜 2の端部を配置して、榭脂を注入、注入された榭脂を固化し、それらの中空糸膜 2を固定するとともにそれらの端部の中空部を閉塞することより形成される。この小束固定部材の形成手法によれば、効率的な中空糸膜の端部の閉塞作業が可能となる上に、モジュールにお!/、て垂下して、る中空糸膜 2 に対し、容器 4bmによる重錘効果が得られる。容器 4bmの材料として、例えば、榭脂、金属が用いられるが、金属を用いれば、容器 4bmによるより大きい重錘効果が得られる。容器 4bmを形成する金属としては、ステンレス鋼（SUS)が好ましい。

[0072] 小束固定部材による中空糸膜の筒状容器への充填率の低下を防止するためには、隣り合った小束固定部材の位置を、モジュールの軸方向（上下方向）においてずらすことも好まし、。

[0073] 各小束固定部材は、その一部が隣り合った小束固定部材と接続されていても良い。この接続は、例えば、棒状体、ヒモ状体で行われる。この接続により、各小束固定部材同士が手をつな、だ状態となるので、特定の場所の小束固定部材のみが揺れることが無ぐ振動や揺動の力を他の小束固定部材に伝播することが出来る。同時に、各小束の位置を緩やかに規制することができる。これにより、原水やエアの分散性が向上する。分散性の向上は、中空糸膜の汚れ斑の発生を防止する効果や各小束同士の絡み合いの発生を防止する効果の更なる向上をもたらす。

[0074] 図 10は、図 8に示される小束固定部材 4biの別の態様の斜視図である。図 10において、小束固定部材 4bkは、円柱体力もなるが、その下面は半球体とされている。小束固定部材 4bkは、更に、円柱体の周面の一部に設けられた乱流発生部材 4btを有する。乱流発生部材 4btは、小束固定部材 4bkの表面に設けられた翼や螺旋溝などにより形成される。乱流発生部材が設けられた小束固定部材を有するモジュールは、懸濁物質が多い原水を濾過する場合、好ましく用いられる。原水やエアが乱流発生部材に衝突して、各小束に微細な振動や揺れを付与することができるからである。

[0075] 図 11は、図 1に示される本発明の中空糸膜モジュール 1の別の態様の下方部分の縦断面概略図である。図 11のモジュール 111と図 1のモジュール 1との相違は、図 1 1のモジュール 111において、各小束 8の間に、小束間仕切り部材 4bsが設けられている点である。また、図 11のモジュール 111においては、図 1のモジュール 1のエア導入筒 7に代えて、エアの流入口（流入ポート） 17aを有する下キャップ 17が設けられている。下キャップ 17は、筒状容器 3の下端部に液密に結合されている。下キャップ 17の内部には、空気散気板 17bが、筒状容器 3の下端面に対向して設けられている。他の点においては、図 11のモジュール 111は、図 1のモジュール 1と同じ構造を有するので、同じ部品には、同じ符号が付けられている。

[0076] 図 12は、図 11のモジュール 111における間仕切り部材 4bsの平面図である。間仕切り部材 4bsは、筒状容器 3の内側に格子状に取り付けられた縦横の間仕切り板で形成されている。間仕切り板で区画された各空間に、各小束固定部材 4biが位置している。間仕切り部材 4bsが設けられることにより、各小束の位置を緩やかに規制することができる。これにより、原水やエアの分散性が向上する。分散性の向上は、中空糸膜の汚れ斑の発生を防止する効果や各小束同士の絡み合いの発生を防止する効果の更なる向上をもたらす。間仕切り部材 4bsの材質は、特に限定されないが、間仕切り部材 4bsの接合や将来の廃棄を考慮すると、筒状容器と同一の材料であることが好ましい。

[0077] 図 13は、図 1に示される本発明の中空糸膜モジュール 1の別の態様の概略縦断面図である。図 13のモジュール 131と図 1のモジュール 1との大きな相違は、各小束を形成している中空糸膜に沿って、少なくとも 1本の吊り下げ線状体 132bが設けられている点である。この点において、図 13のモジュール 131は、図 1のモジュール 1を改良した態様であると云える。他の点においては、図 13のモジュール 131は、図 1のモジュール 1と同じ構造を有するので、同じ部品には、同じ符号が付されている。

[0078] 図 1のモジュール 1の場合、小束 8を形成する複数の中空糸膜 2の中に、中空糸膜固定部材 4aの下面と小束固定部材 4biの上面との間の長さ、すなわち、濾過領域における長さ力他の中空糸膜に比べて、短い中空糸膜が存在すると、この長さが短い中空糸膜が、他の中空糸膜より、小束固定部材 4biの重量のより多くを、あるいは、その全てを、負担する状況が生じる。

[0079] この状況は、この長さが短い中空糸膜の切断をもたらす、あるいは、その切断に続き、切断が他の中空糸膜に波及する恐れがある。中空糸膜の切断が生じると、切断した中空糸膜を通り、原水が濾過水側に流れ込む問題を引き起こす。一方において、一つの小束を形成する数十本乃至数千本の中空糸膜の濾過領域における長さが、全て同一になるように、中空糸膜モジュールを製作することは、容易ではない。

[0080] この問題点を解決するために、図 13のモジュール 131では、各小束 138を形成する中空糸膜 132に沿って、少なくとも 1本の吊り下げ線状体 132bが設けられている。吊り下げ線状体 132bの一端は、中空糸膜 132の一方の端部とともに筒状容器 3に固定される中空糸膜固定部材 134aに固定され、他端は、小束 138における中空糸膜 132とともに小束固定部材 134biに固定されている。この両端が固定された吊り下げ線状体 132bの中空糸膜固定部材 134aの下面と小束固定部材 134biの上面との間の長さ、すなわち、濾過領域における長さは、濾過領域における最も短い長さの中空糸膜の長さより、短く設定されている。なお、濾過領域における中空糸膜 132の長さ、および、吊り下げ線状体 132bの長さは、いずれも、それぞれの直線状態の長さである。

[0081] この吊り下げ線状体 132bの存在により、長さの短い中空糸膜の荷重負担が軽減され、あるいは、皆無となり、過大な加重負担による中空糸膜の切断が防止される。当然のことながら、そのためには、吊り下げ線状体 132bは、荷重に対する耐性力中空糸膜より大きい必要がある。

[0082] 吊り下げ線状体 132bは、例えば、糸あるいは棒で形成される。糸としては、例えば、金属線、天然あるいは合成樹脂繊維、金属あるいは榭脂のチューブがあり、棒としては、例えば、金属棒、天然あるいは合成樹脂棒、金属あるいは榭脂のチューブがある。榭脂としては、ポリエチレン榭脂、ポリプロピレン榭脂、塩化ビニル榭脂、アタリル榭脂などがある。金属としては、ステンレススチール、アルミニウムなどがある。吊り下げ線上体 132bがチューブの場合は、万が一破損し、原水が濾過水側に流れ込むのを防止するため、端面は封止しておくのが良い。また、吊り下げ線状体 132bは、各小束 138について、 2本以上備えられていることが好ましい。万が一、 1本の線状体が、中空糸膜固定部材 134aあるいは小束固定部材 134biから脱落した場合でも、他の吊り下げ線状体により、中空糸膜の切断が有効に防止出来る力である。実施例 1 [0083] 図 1に示す中空糸膜モジュール 1の濾過水出口 6に濾過水配管を接続し、濾過水出口 6が上になるようにして、原水の入った水槽内に、中空糸膜モジュール 1を浸漬させ、集水キャップ 5側力ポンプで吸引することにより、水槽内の原水の濾過を行つた。

[0084] 中空糸膜モジュール 1における中空糸膜 2としては、外径 0. 9mm、長さ約 1000m mのポリフッ化ビ-リデン製多孔質中空糸膜を用いた。筒状容器 3に収納した中空糸膜 2の本数は、約 10000本とした。筒状容器 3は、ポリエチレン製で、内径約 135mm 、長さ約 1000mmであり、筒状容器 3の周壁の平均開孔率は、下側部分 (領域 B)では 25%、上側部分 (領域 A)では 37. 5%とした。開孔部分 9の形状は、下側部分 (領域 B)では正方形（3mm X 3mm)、上側部分 (領域 A)では長方形（3mm X 9mm)とした。開孔部分 9を形成するメッシュ板に用いた線材の太さは、領域 Aおよび領域 Bのそれぞれにおいて、 3mmとした。中空糸膜固定部材 4aと小束固定部材 4biには、それぞれウレタン榭脂を使用した。小束固定部材 4biは円柱形とし、約 1400本の中空糸膜 2をまとめて、それぞれの端面を前記ウレタン榭脂で閉塞した。小束 8 (小束固定部材 4bi)の数は、 7とした。

[0085] 次に、原水として濁度が 3乃至 5度の琵琶湖の湖水を、集水キャップ 5側力ポンプで 30分間吸引して、 0. 5m³Zm²Zdayの濾過水を製造し、その後、 lm³Zm²Zda yの濾過水で 1分間逆洗を行い、更に、エアスクラビング工程で lOOLZminの圧縮エアを 1分間、エア導入筒 7を通じて中空糸膜モジュール 1内へ吹き込んだ。そして、この濾過、逆洗およびェアスクラビングを数回繰り返す毎に 1回、水槽内の原水を排水した。これらの運転を約 1週間連続で行った結果、中空糸膜 2の膜間差圧の上昇はなかった。

比較例 1

[0086] 筒状容器 3の周壁における平均開孔率を、周壁の全表面において 30%とした以外は、実施例 1と同様の中空糸膜モジュールを用いて、同様に 1週間原水の濾過を行った。その結果、中空糸膜の膜間差圧は lkPaZdayの割合で上昇していった。実施例 2

[0087] 図 13に示す中空糸膜モジュール 131を用、て原水の濾過を行った。 [0088] 中空糸膜 132としては、外径 1. 5mm、内径 0. 9mmm、長さ約 1000mmのポリフッ化ビユリデン製多孔質中空糸膜を約 3000本用いた。筒状容器としては、図 1に示す筒状容器 3を用いた。筒状容器 3は、 ABS製で、内径約 130mm、長さ約 1000m mとした。筒状容器 3の周壁の平均開孔率は、実施例 1の場合と同じとした。中空糸膜固定部材 134aと小束固定部材 134biには、それぞれウレタン榭脂を使用した。小束固定部材 134biは円柱形とし、 420本力も 430本の中空糸膜 132をまとめて端面を閉塞した。

[0089] 吊り下げ線状体 132bとして、直径 0. 5mmのステンレススチールワイヤーを用い、それぞれの小束 138において、濾過領域が最も短い中空糸膜の濾過領域の長さ (真つ直ぐ伸ばしたときの長さ）が、 998mmから 1001mmであったのに対し、ステンレススチールワイヤーの中空糸膜固定部材 134aと小束固定部材 134biを除いた部分の長さ（濾過領域の長さ）（真っ直ぐ伸ばしたときの長さ）は、 988mmから 990mmとした

[0090] 原水として濁度が 3乃至 5度の琵琶湖の湖水を、集水キャップ 5側からポンプで 30 分間吸引して、 0. 5m³Zm²Zdayの濾過水を製造し、その後、 lm³Zm²Zdayの濾過水で 1分間逆洗を行い、更に、エアスクラビング工程で lOOLZminの圧縮エアを 1 分間、エア導入筒 7を通じて中空糸膜モジュール 131内へ吹き込んだ。そして、この濾過、逆洗およびェアスクラビングを数回繰り返す毎に 1回、水槽内の原水を排水した。

[0091] その結果、 12ヶ月経過しても、膜破断検査による中空糸膜の破断は確認されなかつた o

比較例 2

[0092] 各小束に吊り下げ線状体を設けな力た以外は、実施例 2と同様の中空糸膜モジユールを用いて、同様に原水の濾過を行った。その結果、約 6ヶ月後の膜破断検査で、 1本の中空糸膜が切断していることが分かり、該中空糸膜を榭脂で閉塞する作業を行った。

産業上の利用可能性

[0093] 本発明の中空糸膜モジュールによれば、中空糸膜モジュールの下方力供給されたエアスクラビング用の圧縮エアが、中空糸膜の洗浄に有効に使用され、また、中空糸膜モジュール上部と下端の両方力懸濁物質が効率的に排出される。本発明の中空糸膜モジュールは、長期に亘り中空糸膜の濾過性能が低下せず、長期に亘り使用可能な中空糸膜モジュールである。

Claims

請求の範囲

[1] 上端と下端に開口を有する筒状容器と、前記筒状容器内において上下方向に位置する多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜の上端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部が開口した状態で前記中空糸膜を固定する中空糸膜固定部材と、前記中空糸膜の下端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部を閉塞する中空糸膜閉塞部材とからなり、前記中空糸膜固定部材が、前記筒状容器の上端の開口を塞ぐ状態で、該筒状容器に固定された中空糸膜モジュールにおいて、前記筒状容器の周壁の少なくとも一部が、多孔部材力なり、かつ、前記筒状容器の下側部分における周壁の平均開孔率が 25%以下である中空糸膜モジュール。

[2] 前記筒状容器の上側部分における周壁の平均開孔率が、下側部分における周壁の平均開孔率よりも大き！/ヽ請求項 1に記載の中空糸膜モジュール。

[3] 前記多数本の中空糸膜が、それぞれが複数本の中空糸膜からなる複数個の小束に分割され、前記中空糸膜閉塞部材が、前記小束における各中空糸膜の中空部を閉塞するとともに各中空糸膜を束ね一体として固定する各小束毎に互いに間隔を有して独立して設けられた小束固定部材力なる請求項 1に記載の中空糸膜モジュール

[4] 前記小束の数が、 3乃至 50であり、前記各小束を形成する中空糸膜の本数が、 50 乃至 2000である請求項 3に記載の中空糸膜モジュール。

[5] 前記筒状容器の直径が 50乃至 400mm、長さが 500乃至 3000mmである請求項 4 に記載の中空糸膜モジュール。

[6] 前記小束固定部材が、その表面に、乱流発生部材を有する請求項 3に記載の中空糸膜モジユーノレ。

[7] 前記各小束固定部材を区画する小束間仕切り部材が、前記各小束固定部材間に設けられている請求項 3に記載の中空糸膜モジュール。

[8] 前記小束を形成する中空糸膜に沿って、少なくとも 1本の吊り下げ線状体が設けられ、前記吊り下げ線状体の一端は、前記中空糸膜固定部材に固定され、他端は、前記小束固定部材に固定され、前記各小束において、前記吊り下げ線状体の中空糸膜の濾過領域における長さ力前記複数本の中空糸膜の濾過領域における長さの内、最も短、長さよりも短、請求項 3に記載の中空糸膜モジュール。